<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
</head>
<body>

                    <h4>字符串和编码</h4>
                    <div class="x-wiki-info"><span>4839次阅读</span></div>
                    <hr style="border-top-color:#ccc" />
                    <div class="x-wiki-content x-content"><h3 id="-">字符编码</h3>
<p>我们已经讲过了，字符串也是一种数据类型，但是，字符串比较特殊的是还有一个编码问题。</p>
<p>因为计算机只能处理数字，如果要处理文本，就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特（bit）作为一个字节（byte），所以，一个字节能表示的最大的整数就是255（二进制11111111=十进制255），如果要表示更大的整数，就必须用更多的字节。比如两个字节可以表示的最大整数是<code>65535</code>，4个字节可以表示的最大整数是<code>4294967295</code>。</p>
<p>由于计算机是美国人发明的，因此，最早只有127个字母被编码到计算机里，也就是大小写英文字母、数字和一些符号，这个编码表被称为<code>ASCII</code>编码，比如大写字母<code>A</code>的编码是<code>65</code>，小写字母<code>z</code>的编码是<code>122</code>。</p>
<p>但是要处理中文显然一个字节是不够的，至少需要两个字节，而且还不能和ASCII编码冲突，所以，中国制定了<code>GB2312</code>编码，用来把中文编进去。</p>
<p>你可以想得到的是，全世界有上百种语言，日本把日文编到<code>Shift_JIS</code>里，韩国把韩文编到<code>Euc-kr</code>里，各国有各国的标准，就会不可避免地出现冲突，结果就是，在多语言混合的文本中，显示出来会有乱码。</p>
<p><img src="http://www.liaoxuefeng.com/files/attachments/0013872491802084161ec9ef7d143a897e1584819535656000/0" alt="char-encoding-problem"></p>
<p>因此，Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里，这样就不会再有乱码问题了。</p>
<p>Unicode标准也在不断发展，但最常用的是用两个字节表示一个字符（如果要用到非常偏僻的字符，就需要4个字节）。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持Unicode。</p>
<p>现在，捋一捋ASCII编码和Unicode编码的区别：ASCII编码是1个字节，而Unicode编码通常是2个字节。</p>
<p>字母<code>A</code>用ASCII编码是十进制的<code>65</code>，二进制的<code>01000001</code>；</p>
<p>字符<code>0</code>用ASCII编码是十进制的<code>48</code>，二进制的<code>00110000</code>，注意字符<code>&#39;0&#39;</code>和整数<code>0</code>是不同的；</p>
<p>汉字<code>中</code>已经超出了ASCII编码的范围，用Unicode编码是十进制的<code>20013</code>，二进制的<code>01001110 00101101</code>。</p>
<p>你可以猜测，如果把ASCII编码的<code>A</code>用Unicode编码，只需要在前面补0就可以，因此，<code>A</code>的Unicode编码是<code>00000000 01000001</code>。</p>
<p>新的问题又出现了：如果统一成Unicode编码，乱码问题从此消失了。但是，如果你写的文本基本上全部是英文的话，用Unicode编码比ASCII编码需要多一倍的存储空间，在存储和传输上就十分不划算。</p>
<p>所以，本着节约的精神，又出现了把Unicode编码转化为“可变长编码”的<code>UTF-8</code>编码。UTF-8编码把一个Unicode字符根据不同的数字大小编码成1-6个字节，常用的英文字母被编码成1个字节，汉字通常是3个字节，只有很生僻的字符才会被编码成4-6个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符，用UTF-8编码就能节省空间：</p>
<table class="table table-bordered">
<tr><th>字符</th><th>ASCII</th><th>Unicode</th><th>UTF-8</th></tr>
<tr><td>A</td><td>01000001</td><td>00000000 01000001</td><td>01000001</td></tr>
<tr><td>中</td><td>x</td><td>01001110 00101101</td><td>11100100 10111000 10101101</td></tr>
</table>

<p>从上面的表格还可以发现，UTF-8编码有一个额外的好处，就是ASCII编码实际上可以被看成是UTF-8编码的一部分，所以，大量只支持ASCII编码的历史遗留软件可以在UTF-8编码下继续工作。</p>
<p>搞清楚了ASCII、Unicode和UTF-8的关系，我们就可以总结一下现在计算机系统通用的字符编码工作方式：</p>
<p>在计算机内存中，统一使用Unicode编码，当需要保存到硬盘或者需要传输的时候，就转换为UTF-8编码。</p>
<p>用记事本编辑的时候，从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存里，编辑完成后，保存的时候再把Unicode转换为UTF-8保存到文件：</p>
<p><img src="http://www.liaoxuefeng.com/files/attachments/001387245992536e2ba28125cf04f5c8985dbc94a02245e000/0" alt="rw-file-utf-8"></p>
<p>浏览网页的时候，服务器会把动态生成的Unicode内容转换为UTF-8再传输到浏览器：</p>
<p><img src="http://www.liaoxuefeng.com/files/attachments/001387245979827634fd6204f9346a1ae6358d9ed051666000/0" alt="web-utf-8"></p>
<p>所以你看到很多网页的源码上会有类似<code>&lt;meta charset=&quot;UTF-8&quot; /&gt;</code>的信息，表示该网页正是用的UTF-8编码。</p>
<h3 id="python-">Python的字符串</h3>
<p>搞清楚了令人头疼的字符编码问题后，我们再来研究Python对Unicode的支持。</p>
<p>因为Python的诞生比Unicode标准发布的时间还要早，所以最早的Python只支持ASCII编码，普通的字符串<code>&#39;ABC&#39;</code>在Python内部都是ASCII编码的。Python提供了ord()和chr()函数，可以把字母和对应的数字相互转换：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; ord(&#39;A&#39;)
65
&gt;&gt;&gt; chr(65)
&#39;A&#39;
</code></pre><p>Python在后来添加了对Unicode的支持，以Unicode表示的字符串用<code>u&#39;...&#39;</code>表示，比如：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; print u&#39;中文&#39;
中文
&gt;&gt;&gt; u&#39;中&#39;
u&#39;\u4e2d&#39;
</code></pre><p>写<code>u&#39;中&#39;</code>和<code>u&#39;\u4e2d&#39;</code>是一样的，<code>\u</code>后面是十六进制的Unicode码。因此，<code>u&#39;A&#39;</code>和<code>u&#39;\u0041&#39;</code>也是一样的。</p>
<p>两种字符串如何相互转换？字符串<code>&#39;xxx&#39;</code>虽然是ASCII编码，但也可以看成是UTF-8编码，而<code>u&#39;xxx&#39;</code>则只能是Unicode编码。</p>
<p>把<code>u&#39;xxx&#39;</code>转换为UTF-8编码的<code>&#39;xxx&#39;</code>用<code>encode(&#39;utf-8&#39;)</code>方法：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; u&#39;ABC&#39;.encode(&#39;utf-8&#39;)
&#39;ABC&#39;
&gt;&gt;&gt; u&#39;中文&#39;.encode(&#39;utf-8&#39;)
&#39;\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87&#39;
</code></pre><p>英文字符转换后表示的UTF-8的值和Unicode值相等（但占用的存储空间不同），而中文字符转换后1个Unicode字符将变为3个UTF-8字符，你看到的<code>\xe4</code>就是其中一个字节，因为它的值是<code>228</code>，没有对应的字母可以显示，所以以十六进制显示字节的数值。<code>len()</code>函数可以返回字符串的长度：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; len(u&#39;ABC&#39;)
3
&gt;&gt;&gt; len(&#39;ABC&#39;)
3
&gt;&gt;&gt; len(u&#39;中文&#39;)
2
&gt;&gt;&gt; len(&#39;\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87&#39;)
6
</code></pre><p>反过来，把UTF-8编码表示的字符串<code>&#39;xxx&#39;</code>转换为Unicode字符串<code>u&#39;xxx&#39;</code>用<code>decode(&#39;utf-8&#39;)</code>方法：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; &#39;abc&#39;.decode(&#39;utf-8&#39;)
u&#39;abc&#39;
&gt;&gt;&gt; &#39;\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87&#39;.decode(&#39;utf-8&#39;)
u&#39;\u4e2d\u6587&#39;
&gt;&gt;&gt; print &#39;\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87&#39;.decode(&#39;utf-8&#39;)
中文
</code></pre><p>由于Python源代码也是一个文本文件，所以，当你的源代码中包含中文的时候，在保存源代码时，就需要务必指定保存为UTF-8编码。当Python解释器读取源代码时，为了让它按UTF-8编码读取，我们通常在文件开头写上这两行：</p>
<pre><code>#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
</code></pre><p>第一行注释是为了告诉Linux/OS X系统，这是一个Python可执行程序，Windows系统会忽略这个注释；</p>
<p>第二行注释是为了告诉Python解释器，按照UTF-8编码读取源代码，否则，你在源代码中写的中文输出可能会有乱码。</p>
<h3 id="-">格式化</h3>
<p>最后一个常见的问题是如何输出格式化的字符串。我们经常会输出类似<code>&#39;亲爱的xxx你好！你xx月的话费是xx，余额是xx&#39;</code>之类的字符串，而xxx的内容都是根据变量变化的，所以，需要一种简便的格式化字符串的方式。</p>
<p><img src="http://www.liaoxuefeng.com/files/attachments/001389579690189985ca83044bd4aa7a80c47f9296a5c4e000/0" alt="py-str-format"></p>
<p>在Python中，采用的格式化方式和C语言是一致的，用<code>%</code>实现，举例如下：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; &#39;Hello, %s&#39; % &#39;world&#39;
&#39;Hello, world&#39;
&gt;&gt;&gt; &#39;Hi, %s, you have $%d.&#39; % (&#39;Michael&#39;, 1000000)
&#39;Hi, Michael, you have $1000000.&#39;
</code></pre><p>你可能猜到了，<code>%</code>运算符就是用来格式化字符串的。在字符串内部，<code>%s</code>表示用字符串替换，<code>%d</code>表示用整数替换，有几个<code>%?</code>占位符，后面就跟几个变量或者值，顺序要对应好。如果只有一个<code>%?</code>，括号可以省略。</p>
<p>常见的占位符有：</p>
<table class="table table-bordered">
<tr><td>%d</td><td>整数</td></tr>
<tr><td>%f</td><td>浮点数</td></tr>
<tr><td>%s</td><td>字符串</td></tr>
<tr><td>%x</td><td>十六进制整数</td></tr>
</table>

<p>其中，格式化整数和浮点数还可以指定是否补0和整数与小数的位数：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; &#39;%2d-%02d&#39; % (3, 1)
&#39; 3-01&#39;
&gt;&gt;&gt; &#39;%.2f&#39; % 3.1415926
&#39;3.14&#39;
</code></pre><p>如果你不太确定应该用什么，<code>%s</code>永远起作用，它会把任何数据类型转换为字符串：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; &#39;Age: %s. Gender: %s&#39; % (25, True)
&#39;Age: 25. Gender: True&#39;
</code></pre><p>对于Unicode字符串，用法完全一样，但最好确保替换的字符串也是Unicode字符串：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; u&#39;Hi, %s&#39; % u&#39;Michael&#39;
u&#39;Hi, Michael&#39;
</code></pre><p>有些时候，字符串里面的<code>%</code>是一个普通字符怎么办？这个时候就需要转义，用<code>%%</code>来表示一个<code>%</code>：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; &#39;growth rate: %d %%&#39; % 7
&#39;growth rate: 7 %&#39;
</code></pre><h3 id="-">小结</h3>
<p>由于历史遗留问题，Python 2.x版本虽然支持Unicode，但在语法上需要<code>&#39;xxx&#39;</code>和<code>u&#39;xxx&#39;</code>两种字符串表示方式。</p>
<p>Python当然也支持其他编码方式，比如把Unicode编码成GB2312：</p>
<pre><code>&gt;&gt;&gt; u&#39;中文&#39;.encode(&#39;gb2312&#39;)
&#39;\xd6\xd0\xce\xc4&#39;
</code></pre><p>但这种方式纯属自找麻烦，如果没有特殊业务要求，请牢记仅使用Unicode和UTF-8这两种编码方式。</p>
<p>在Python 3.x版本中，把<code>&#39;xxx&#39;</code>和<code>u&#39;xxx&#39;</code>统一成Unicode编码，即写不写前缀<code>u</code>都是一样的，而以字节形式表示的字符串则必须加上<code>b</code>前缀：<code>b&#39;xxx&#39;</code>。</p>
<p>格式化字符串的时候，可以用Python的交互式命令行测试，方便快捷。</p>
</div>

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